UNIVERSIDAD AUTONOMA DE QUERETARO
FACULTAD DE INGENIERIA
CAMPUS SAN JUAN DEL RIO
CONTROL I
Profesor: DR. ARTURO YOSIMAR JAEN CUELLAR
Configuraciones básicas con amplificadores I
Quinto semestre
Estudiante
AXEL EDUARDO TAPIA MORENO
EXP: 298528
INGENIERIA MECANICA AUTOMOTRIZ
23/08/22
1
OBJETIVO: Identificar y recordar las configuraciones básicas de los amplificadores
operacionales inversor, no-inversor, seguidor, a partir de unos circuitos básicos para amplificar la
entrada, con el fin de observar su salida del sistema.
Fundamentación teórica:
El amplificador operacional también llamado OpAmp u Op-Amp es un circuito integrado
Su función principal es amplificar el voltaje con una entrada de tipo diferencial para tener
un amplificado y salida referenciada a tierra y también realizar cálculos matemáticos
operaciones de suma, resta, multiplicación, división, diferenciación e integración. Además,
conectándolos podría resolver ecuaciones diferenciales.
Figura 1. Circuito ideal para Op-Amp.
En circuito ideal para un amplificador operacional. La corriente de entrada es siempre 0 y
no hay diferencia de potencial entre ambos terminales de entrada.
•
Amplificador inversor
Invierte la polaridad de la señal de entrada, invirtiendo y amplificando el voltaje de
entrada. La resistencia 𝑅𝑅𝑅𝑅 forma la retroalimentación lazo, el lazo debe estar
conectado desde la salida a la entrada inversora del amplificador operacional, y esto
implica retroalimentación negativa, además de amplificarla también puede atenuar
dependiendo de la configuración de las resistencias.
Figura 2. Configuración de un Op-Amp inversor.
•
Amplificador no inversor
𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉 = −
𝑅𝑅𝑅𝑅
∗ 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉
𝑅𝑅
Amplifica la tensión de entrada sin invertir la señal, por lo tanto, no invierte la señal,
sino que amplifica la entrada voltaje, la característica de este OpAmp es que nunca
puede atenuar.
Figura 3. Configuración de un Op-Amp no inversor.
•
Seguidor de voltaje
𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉 = �1 +
𝑅𝑅𝑅𝑅
� ∗ 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉
𝑅𝑅
Se utiliza para mantener el mismo voltaje de entrada que la salida. El principal motivo
de su uso es que al conectarlo no mezcla la corriente de un circuito y otro al que está
conectado, esto es de mucha ayuda, ya que, si fuera un simple cable, la corriente se
uniría, haciendo que esta corriente sea consumada, lo que puede producir una baja
intensidad lo que puede significar que nuestra conexión no funcione correctamente.
Figura 4. Configuración de un seguidor de voltaje.
Materiales:
𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉 = 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉
Amplificador operacional Tl084, jumpers, protoboard, osciloscopio, generador de
funciones, multímetro, resistencias, MULTISIM.
Desarrollo y resultados:
Para comenzar con dicha practica se realizaron las configuraciones de los amplificadores
inversor, no inversor y seguidor de voltaje, primero se realizaron las simulaciones y
después en físico la construcción de dichas configuraciones, para eso comenzamos con el
primer amplificador.
Configuración de amplificador inversor:
Construimos el siguiente circuito en simulación
Figura 5. Simulación de Op-Amp inversor.
En el generador de funciones y en el osciloscopio pondremos los siguientes valores:
Figura 6. Configuración del generador de funciones y del osciloscopio.
Para la parte fisica de las conexiones, debido a que se contaban con dos fuentes de voltaje
necesitábamos un voltaje positivo y uno negativo por lo que se realizo un puente del
positivo de una fuente al negativo de la otra, esta seria nuestra tierra en común y las otras
dos salidas serian nuestros voltajes positivos y negativos como se muestra en la siguiente
figura.
Figura 7. Conexión de ambas fuentes.
Figura 8. Conexión de osciloscopio y generador de funciones.
Con esto conectado observamos que el Op-Amp tendrá una ganancia de 10 por lo tanto si
a la entrada damos una señal de 1V a la salida obtendríamos -10V esto debido a que es
inversor es decir invierte la onda, la parte positiva se vuelve negativa y viceversa. Dicho
esto, las respuestas obtenidas tanto en simulación como en físico son las siguientes.
Figura 9. Muestra la entrada y salida en simulación de Op-Amp inversor.
Figura 10. Muestra el circuito armado.
Figura 11. Entrada y salida en físico de Op-Amp inversor.
Con esto realizado podemos observar claramente el desfase de 180° de la onda senoidal
debido a que se invierte, y el valor de salida de voltaje pico-pico debería ser de 20 V por la
ganacia de 10, en simulación si se obtuvo eso, sin embargo, en físico hubo variaciones esto
debido a el rango de error de las resistencias puesto que no son totalmente exactas en su
valor se obtuvo un valor pico-pico de 22.4 V y se puede definir con la siguiente expresión.
𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉 = −
𝑅𝑅𝑅𝑅
∗ 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉
𝑅𝑅
Si se contara con una señal de 5 Vp el valor del Vpp de la salida seria de 100 V
El valor máximo para que la salida sea completa tiene que ser menor a los voltajes que
suministran al Op-Amp que en este caso es de +12 V y -12 V, debido a que después de
estos voltajes el Op-Amp ya no alcanza a amplificarlos.
Vin
-5
2
1.2
Vout
50
-20
-12
En todos los valores la salida se invierte, las principales características de esta
configuración es la conexión que el voltaje de entrada se conecta en serie con una
resistencia a la entrada inversora del Op-Amp y la no inversora a tierra es por eso que se
invierte la polaridad de dicha señal.
Configuración de amplificador no inversor
Construimos el siguiente circuito en simulación
Figura 12. Simulación de Op-Amp no inversor.
En el generador de funciones y en el osciloscopio pondremos los siguientes valores:
Figura 13. Configuración del generador de funciones y del osciloscopio.
Se realizo la misma conexión de las fuentes para nuestros voltajes positivo y negativo.
Con esto conectado observamos que el Op-Amp tendrá una ganancia de 10 más 1 por lo
tanto si a la entrada damos una señal de 1V a la salida obtendríamos 11V esto debido a la
fórmula que lo rige. Las respuestas obtenidas tanto en simulación como en físico son las
siguientes.
Figura 14. Muestra la entrada y salida en simulación de Op-Amp no inversor.
Figura 15. Muestra el circuito armado.
Figura 16. Entrada y salida en físico de Op-Amp no inversor.
Con esto realizado podemos observar que no existe desfase de la onda senoidal debido a
que se no invierte el signo, sin embargo el Vp de una señal de 1 Vp el valor de salida de
voltaje pico-pico debería ser de 22 V por la ganancia de 10 más 1, en simulación si se
obtuvo eso, sin embargo, en físico hubo variaciones esto debido a el rango de error de las
resistencias puesto que no son totalmente exactas en su valor se obtuvo un valor picopico de 21.4 V y se puede definir con la siguiente expresión.
𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉 = �1 +
𝑅𝑅𝑅𝑅
� ∗ 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉
𝑅𝑅
Se llama no inversor porque amplifica la señal sin invertirla o cambiar su fase esto debido
a su configuración puesto que la señal de entrada se encuentra conectada a la entrada no
inversora del Op-Amp.
El valor máximo para evitar que la señal se corte, alimentando el Op-Amp con 18 V es de
aproximadamente 1.6 a 1.7 V
Si se contara con un valor de entrada de 0.5 V
Figura 17. Simulación con 0.5 V de entrada
El voltaje RMS esta dado por la siguiente ecuación:
𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉 =
𝑉𝑉𝑉𝑉
√2
El Vp de la señal es de 5.456 V por lo tanto el Vrms es de
𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉 =
5.456
√2
= 3.8579 𝑉𝑉
El valor máximo para que la salida sea completa tiene que ser menor a los voltajes que
suministran al Op-Amp que en este caso es de +12 V y -12 V, debido a que después de
estos voltajes el Op-Amp ya no alcanza a amplificarlos.
Vin
-5
2
1.2
Vout
-51
21
13
En todos los valores la salida no se invierte, las principales características de esta
configuración es la conexión que el voltaje de entrada se conecta a la entrada no inversora
del Op-Amp y en la inversora se conectan las resistencias, la de ganancia y la otra es por
eso que no se invierte la polaridad de dicha señal además de que al amplificarla siempre
se sumas + 1 debido a su configuración y la ecuación que lo rige.
Seguidor de voltaje
Construimos el siguiente circuito en simulación
Figura 18. Simulación de Op-Amp seguidor de voltaje.
En el generador de funciones y en el osciloscopio pondremos los siguientes valores:
Figura 19. Configuración del generador de funciones y del osciloscopio.
Se realizo la misma conexión de las fuentes para nuestros voltajes positivo y negativo.
Con esto conectado observamos que el Op-Amp, como su nombre lo indica es un seguidor
de voltaje es decir el voltaje de entrada es igual al voltaje de salida.
Figura 20. Muestra la entrada y salida en simulación de Op-Amp seguidor de voltaje.
Figura 21. Muestra el circuito armado.
Figura 22. Entrada y salida en físico de Op-Amp seguidor de voltaje.
Con esto realizado podemos observar que no existe desfase de la onda senoidal y
tampoco una amplificación como tal, es una configuración con ganancia de 1 sin invertir el
signo debido a que el voltaje de entrada entra por la entrada no inversora.
El propósito principal del seguidor de voltaje es que proporciona el mismo voltaje de
entrada que un voltaje de salida. En otras palabras, tiene ganancia de corriente, pero no
de voltaje.
Considere el circuito a continuación que incluye una fuente de alimentación y menos
carga de impedancia. Este circuito consume una gran cantidad de corriente a través de la
carga conectada debido a la carga de baja resistencia. Entonces, el circuito usa una gran
cantidad de energía de la fuente de energía y genera grandes problemas dentro de la
fuente de energía.
Después de eso, podemos creer que estamos proporcionando la misma potencia para el
seguidor de voltaje. Porque la impedancia de entrada de este circuito es alta y se extraerá
menos cantidad de corriente del circuito anterior. Esta salida de circuito es la misma que
su entrada debido a la falta de resistencias de retroalimentación.
Vin
-5
2
1.2
𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉 = 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉
Vout
-5
2
1.2
Conclusiones:
Durante el desarrollo de la presente practica se pudo corroborar la parte teorica y las
ecuaciones que rigen a estos sistemas y configuraciones con los amplificadores, se pudo
observar claramente la inversión de polaridad en el Op-Amp inversor y también su
ganancia, al igual que en el Op-Amp no inversor donde no existía un cambio de signo en el
voltaje de salida y por lo tanto tampoco había un desfase, sin embargo en este caso
siempre se obtenia la ganancia mas 1, y por último y no por eso menos importante
tenemos al seguidor de voltaje el cual cumplía con dar el mismo voltaje sin aumentar la
corriente esto ayuda a proteger algun circuito con alta impedancia y evitar dañar otro
circuito. También se observó la saturación del Op-Amp el cual ocurría por la fuente de
voltaje que suministraba al Op-Amp, si la señal amplificada resultaba en un valor mayor al
suministrado este se vería cortado en el osciloscopio.
Bibliografia:
MecatrónicaLATAM. (24 de abril de 2021). Amplificador operacional, de MecatrónicaLATAM
obtained from: https://www.mecatronicalatam.com/es/tutoriales/electron ica/amplificadoroperacional